CN109095355A - 作业空间防碰撞方法和系统、探测设备和控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种作业空间防碰撞方法和系统、探测设备和控制设备。该方法包括：探测设备向工程机械作业空间发送探测信号；探测设备接收探测信号从障碍物返回的回波信号；控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；控制设备判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制报警设备发出报警信号。本发明通过在工程机械上增加测距传感器，可以动态扫描周围环境，自动识别可能发生碰撞危险的状态。

Description

作业空间防碰撞方法和系统、探测设备和控制设备

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种作业空间防碰撞方法和系统、探测设备和控制设备。

背景技术

起重机吊装作业环境复杂，如可能存在高压线、树木、墙体等障碍物。被吊物体形状多变，根据作业场合的不同，被吊物体可能是风电扇叶、水泥搅拌罐等。

吊装作业过程中，存在起重机、被吊物体与周围环境内物体碰撞的问题。例如，起重机伸缩臂与高压线碰撞、被吊物体与墙体碰撞等。轻者造成物体损坏，重则车毁人亡。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种作业空间防碰撞方法和系统、探测设备和控制设备，有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命。

根据本发明的一个方面，提供一种作业空间防碰撞方法，包括：

探测设备向工程机械作业空间发送探测信号；

探测设备接收探测信号从障碍物返回的回波信号；

控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；

控制设备判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；

在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制报警设备发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间防碰撞方法还包括：

在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制执行设备执行相应操作。

在本发明的一些实施例中，探测设备包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置。

在本发明的一些实施例中，所述探测设备向工程机械作业空间发送探测信号包括：

每个测距传感器均向工程机械作业空间发送探测信号。

在本发明的一些实施例中，所述控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离包括：

探测设备对每个测距传感器的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离；

控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械为起重机。

在本发明的一些实施例中，所述障碍物距离为障碍物与起重机回转中心之间的距离；

所述控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离包括：

探测设备或控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；

控制设备根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

在本发明的一些实施例中，所述障碍物距离为障碍物与起重机边缘部件之间的距离；

控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离包括：

探测设备或控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；

控制设备根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离；

控制设备获取起重机当前工况信息；

控制设备根据起重机当前工况信息、障碍物与起重机回转中心之间的距离获取障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

在本发明的一些实施例中，所述起重机边缘部件包括起重机伸缩臂和被吊物体中的至少一项。

根据本发明的另一方面，提供一种控制设备，包括：

障碍物距离获取模块，用于对探测设备发送的回波信号进行解析，获取障碍物距离，其中，探测设备向工程机械作业空间发送探测信号，并接收探测信号从障碍物返回的回波信号；

距离比较模块，用于控制设备判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；

报警控制模块，用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制报警设备发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，所述控制设备还包括：

执行设备控制模块，用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制执行设备执行相应操作。

在本发明的一些实施例中，障碍物距离获取模块，用于根据对探测设备的每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个距离测器的距离进行解析，获取障碍物距离，其中，探测设备包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置，探测设备对每个测距传感器检测的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械为起重机；所述障碍物距离为障碍物与起重机回转中心之间的距离；

障碍物距离获取模块，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械为起重机；所述障碍物距离为障碍物与起重机边缘部件之间的距离；

障碍物距离获取模块，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离；获取起重机当前工况信息；根据起重机当前工况信息、障碍物与起重机回转中心之间的距离获取障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

根据本发明的另一方面，提供一种探测设备，包括：

发射模块，用于向工程机械作业空间发送探测信号；

接收模块，用于接收探测信号从障碍物返回的回波信号，以便控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；并在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制报警设备发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，探测设备包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置；

每个测距传感器均包括发射模块和接收模块。

在本发明的一些实施例中，所述探测设备还包括：

距离计算模块，用于对每个测距传感器的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离，以便控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离。

在本发明的一些实施例中，探测设备包括两个测距传感器，其中，一个测距传感器设置在起重伸缩臂侧面，另一个测距传感器设置在起重伸缩臂底面。

在本发明的一些实施例中，所述探测设备还包括：

坐标信息获取模块，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息，以便控制设备根据障碍物的坐标信息，获取障碍物距离。

根据本发明的另一方面，提供一种作业空间防碰撞系统，包括如上述任一实施例所述的控制设备、以及如上述任一实施例所述的探测设备。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间防碰撞系统还包括报警设备或执行设备中的至少一项。

本发明通过在工程机械上增加测距传感器，可以动态扫描周围环境，自动识别可能发生碰撞危险的状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明作业空间防碰撞系统一些实施例的示意图。

图2为本发明起重机系统一些实施例的示意图。

图3为第一测距传感器和第二测距传感器的安装俯视图。

图4为第一测距传感器的工作范围示意图。

图5为第二测距传感器的工作范围示意图。

图6为本发明作业空间防碰撞系统另一些实施例的示意图。

图7为本发明探测设备一些实施例的示意图。

图8为本发明控制设备一些实施例的示意图。

图9为本发明作业空间防碰撞方法一些实施例的示意图。

图10为本发明作业空间防碰撞方法另一些实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

申请人发现：相关技术中，用于起重机作业空间防碰撞的方法主要是虚拟墙技术。该技术主要特点是：利用起重机伸缩臂可自由活动的特性，通过伸缩、回转、变幅、卷扬四个动作对于起重机作业区障碍物的外形与位置信息进行采集。

相关技术工作流程具体为：吊装作业开始后，首先使用起重机吊臂丈量障碍物相对起重机中心的位置；然后，通过控制系统人机交互装置确认设置作业边界，记录此时的相对位置(变幅角度、起升高度、工作幅度、回转角度等)；最后，当吊臂接近作业边界时，控制器限制某些位置的动作，相应元件进行声光报警，从而保证吊装作业安全性。

申请人认为：采用虚拟墙技术进行起重作业空间防碰撞方法的缺点在于：

(1)静态的边界设置方法：在起重机作业方向上的边界是静态的，每当发生动作变化，都需重新设置。而且，静态边界的设置依赖于障碍物相对于起重机的极限位置，无法考虑到动作的中间状态，在动作过程中可能发生碰撞危险。

(2)单一的起重机防碰撞功能：只是对起重机本身进行设置，对吊装物体无法识别，容易引起吊装物体碰撞。

(3)只适用于单机模式：在多台起重机协同作业时，作业区域相互重叠。由于无法动态识别障碍物的位置，导致发生碰撞危险。

为解决以上至少一项技术问题，本发明提出了一种作业空间防碰撞方法和系统，下面结合具体实施例进行进一步说明。

图1为本发明作业空间防碰撞系统一些实施例的示意图。如图1所示，所述作业空间防碰撞系统可以包括探测设备100、控制设备200和报警设备300，其中：

探测设备100，用于向工程机械作业空间发送探测信号；并接收探测信号从障碍物返回的回波信号。

在本发明的一些实施例中，探测设备100可以包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械可以为起重机。

在本发明的一些实施例中，所述测距传感器可以实现为电磁测距传感器、微波雷达传感器、毫米波雷达传感器、激光传感器、超声波传感器中的至少一项。

控制设备200，用于对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；并在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制报警设备300发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，控制设备200可以实现为车载控制器。

在本发明的一些实施例中，控制设备200也可以实现为车载显示器、车载力限器或者其它具备数据计算分析功能的电子元器件。

报警设备300，用于根据控制设备的控制信号，向外发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，所述报警设备300可以实现为声光报警装置、蜂鸣器、报警指示灯等报警设备中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，所述声光报警装置可以实现为用于声音报警和视觉提示的车载显示器。

在本发明的一些实施例中，所述声光报警装置也可以实现为平板电脑、随车负载笔记本电脑等其它具备人机交互功能的元件。

在本发明的一些实施例中，所述报警设备300可以实现为人机交互设备。所述人机交互设备为带有触摸功能的彩屏显示器，该显示器发挥的人机交互功能主要为：(1)设置或者取消起重作业空间防碰撞功能。(2)立体实时显示障碍物距起重机伸缩臂头或者被吊物体的距离。(3)当探测距离小于安全距离时，弹出对话框提示操纵者注意当前状态，同时进行声光报警，以保证起重作业安全。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，所述作业空间防碰撞系统可以包括执行设备400，其中：

控制设备200，还可以用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制执行设备400执行相应操作。

在本发明的一些实施例中，执行设备400可以实现为泵、阀、马达等执行设备。

基于本发明上述实施例提供的作业空间防碰撞系统，通过在起重机等工程机械上增加测距传感器，可以动态扫描周围环境，自动识别可能发生碰撞危险的状态，从而有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命。

在本发明的一些实施例中，探测设备100通过CAN总线与控制设备200连接；控制设备200通过CAN总线分别与报警设备300和执行设备400连接。

本发明上述实施例采用两个测距传感器作为探测设备，将采集到的空间距离信号通过车载CAN总线输入至控制系统输入端。

本发明上述实施例也可以采用以太网、因特网等其它具备数据传输功能的网络形式来实现控制设备200与探测设备100、报警设备300和执行设备400之间的通信连接。

本发明上述实施例采用起重机控制器作为比较分析模块，对外界输入的信号进行重构解析，并计算出障碍物距起重坐标原点的距离。通过与预先设定的安全距离相比较，进而输出相应的控制动作指令。

本发明上述实施例的执行设备和报警设备通过CAN总线接收到控制指令后进行相应动作，包括驱动泵、阀、马达等工作或停止、驱动声光报警装置开启或关闭等，从而防止了起重碰撞危险的发生，保证了起重作业安全性。

本发明上述实施例以起重机作业空间碰撞问题为研究对象，采用安装多个测距传感器的方式感知空间障碍物。本发明上述实施例通过对空间电磁信号去噪、解析和重构确定障碍物模型，进而获知障碍物距离起重机伸缩臂或者是被吊物体的距离。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械可以为起重机。本发明起重作业空间防碰撞方法及系统具备液压系统和电控系统。

第一、液压系统。

液压系统的马达、变幅油缸、伸缩油缸和回转马达等可以作为执行设备，控制起重机相应机构进行相应动作。

液压系统还可以包括：

可通过马达驱动的起重机卷扬机构，用于垂直方向上起/落重物。

可通过变幅油缸驱动的起重机变幅机构，用于改变被吊物距车身中心距离。

可通过伸缩油缸驱动的起重机伸缩机构，用于伸长/缩短起重臂。

可通过回转马达驱动的起重机回转机构，用于改变水平面内起重工作角度。

第二、电控系统。

该电控系统具备CAN总线网络，可为各电器件提供信息传递功能。

该电控系统具备车载显示器，具备人机交互功能，可进行危险报警及实时数据显示。

该电控系统具备车载控制器，负责数据计算分析和控制命令的发布。

该电控系统配置两个电磁测距传感器，用于进行空间障碍物模型搭建。

图2为本发明起重机系统一些实施例的示意图。如图2所示的起重机系统可以包括卷筒1、转台2、伸缩臂3、第一测距传感器4、臂头滑轮5、第二测距传感器6、吊钩7、重物(吊重)8、变幅油缸9和操纵室10，其中操纵室内设置有显示器、控制器和CAN总线。起重机吊装作业时，通过吊钩7吊起重物8，并通过回转、变幅、伸缩、卷扬等动作使被吊物体发生位移。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，图1实施例的探测设备100可以包括两个测距传感器，其中，第一测距传感器4设置在起重伸缩臂3的侧面，第二测距传感器6设置在起重伸缩臂3的底面。

在本发明的一些实施例中，测距传感器4和测距传感器6可以通过向起重作业空间发射电磁波信号来获取空间障碍物模型，进而进行碰撞危险等级预测。

在本发明的上述实施例中，如图2-图5所示，第一测距传感器4为垂直方向扫描测距传感器，第二测距传感器6为水平方向扫描测距传感器。

图3为第一测距传感器和第二测距传感器的安装俯视图。第一测距传感器4设置在起重伸缩臂3的侧面，第二测距传感器6设置在起重伸缩臂3的底面。

图4为第一测距传感器的工作范围示意图。如图4所示，第一测距传感器的工作范围，沿起重伸缩臂轴向形成与起重臂侧面平行的扇形区域。

图5为第二测距传感器的工作范围示意图。如图5所示，第二测距传感器的工作范围，沿起重伸缩臂轴向形成与起重臂底面平行的扇形区域。

本发明上述实施例通过第一测距传感器和第二测距传感器共同作用，保证了起重机作业三维空间模型的精确性和唯一性，保证了所获取障碍物位置的正确性。

本发明上述实施例采用2个测距传感器，并根据起重机结构特征布局在起重伸缩臂侧面底面位置。本发明上述实施例的测距传感器布局方法使得探测空间内全部物体的可视化，从而可以防止出现视觉盲区，可精确定位任意障碍物位置，对具有极限位置和外形的障碍物进行规划建模。

本发明上述实施例提供一种起重机吊装作业过程中的空间防碰撞早期预警系统。其中，该防碰撞功能包括起重机与作业环境、被吊物体与作业环境之间的相互碰撞。本发明上述实施例通过对周围环境的认知以及三维空间重构，实现了对于危险状态的自动识别及预警，其中，三维空间重构指的是：对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型。本发明上述实施例中三维空间重构是指对于起重作业空间中的障碍物建立合适的可用于危险预测的三维结构模型。

本发明上述实施例以起重机系统为载体，合理规划2个测距传感器安装位置，开发可精确预测障碍物位置及外形信息的算法。根据空间构造原理可知，已知两个探测传感器坐标位置，且障碍物距每个传感器的相对距离可求，则障碍物的坐标位置是唯一的。

图6为本发明作业空间防碰撞系统另一些实施例的示意图。如图6所示的探测设备可以包括发射模块110和接收模块120，其中：

发射模块110，用于向工程机械作业空间发送探测信号。

接收模块120，用于接收探测信号从障碍物返回的回波信号，以便控制设备200对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；并在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制报警设备300发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，探测设备100包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置；每个测距传感器均可以包括发射模块110和接收模块120。

本发明上述实施例中获取障碍物与每个测距传感器的距离、获取障碍物的坐标信息的功能可以设置在探测设备1中，也可以设置在控制设备2中。

本发明上述实施例的探测设备的两个测距传感器向空间发射电磁信号B1，B2。接收模块将障碍物返回的信号传给探测设备ECU进行分析处理，从而得到两个距离D1，D2。

本发明上述实施例的车载CAN总线将上述距离信息传送至控制设备，控制设备对该信息进行解析重构，从而得出障碍物距起重坐标原点的距离D，以及障碍物坐标空间位置坐标(x，y，z)。将障碍物距起重坐标原点(或起重机伸缩臂、或被吊物体)的距离与预先设定的安全距离相比较，若小于安全距离，则发出控制指令指导起重机动作。

本发明上述实施例的执行设备接收到控制指令后，驱动相应泵、阀、马达等执行相关动作，同时声光报警设备进行报警提示。

图7为本发明探测设备一些实施例的示意图。在图7实施例中，探测设备(例如图1或图6实施例的探测设备100)可以包括发射模块110、接收模块120和距离计算模块130，其中：

距离计算模块130，用于对每个测距传感器的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离，以便控制设备200对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离。

在本发明的一些实施例中，距离计算模块130具体可以用于根据空间测距原理获取障碍物与每个测距传感器的距离。

所述空间测距原理具体可以包括：测量电磁波往返于发射端和目标之间的时间。设光速为c，测距传感器发射的电磁波往返发射端与目标之间的距离为T_R，则障碍物距离(相对目标距离)R可由公式(1)计算得出。

在本发明的一些实施例中，如图7所示，所述探测设备100还包括坐标信息获取模块140，其中：

坐标信息获取模块140，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息，以便控制设备200根据障碍物的坐标信息，获取障碍物距离。

申请人发现，起重机存在发生起重碰撞的可能性。其中起重碰撞指的是：起重机吊装作业过程中，由于视物遮挡或者是操作者视觉盲区所造成的起重机机身与外界环境之间的碰撞、或者是被吊物体与外界环境的碰撞，抑或是多机协同作业时，起重机之间的相互碰撞。

本发明上述实施例为出现起重碰撞的危险情况，本发明上述实施例采用空间电磁测距传感器作为探测装置，通过检测起重机或者被吊物体最外端处与障碍物之间的距离来判断当前危险等级。若探测距离小于报警距离，则及时报警以避免碰撞危险的发生。

本发明上述实施例以起重机空间作业状态为研究对象，通过在起重机上增加测距测频传感器，动态扫描周围环境，可以自动识别可能发生碰撞危险的状态。本发明上述实施例通过声光报警及人机交互设备提醒操作者，从而避免碰撞危险的发生。

图8为本发明控制设备一些实施例的示意图。如图8所示，控制设备(例如图1或图6实施例的控制设备200)可以包括障碍物距离获取模块210、距离比较模块220和报警控制模块230，其中：

障碍物距离获取模块210，用于对探测设备100发送的回波信号进行解析，获取障碍物距离，其中，探测设备100向工程机械作业空间发送探测信号，并接收探测信号从障碍物返回的回波信号。

距离比较模块220，用于控制设备200判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离。

在本发明的一些实施例中，障碍物距离获取模块230，可以用于根据对探测设备100的每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个距离测器的距离进行解析，获取障碍物距离，其中，探测设备100包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置，探测设备100对每个测距传感器检测的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离。

报警控制模块230，用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备200控制报警设备300发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，如图8所示，所述控制设备200还可以包括执行设备控制模块240，其中：

执行设备控制模块240，用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备200控制执行设备400执行相应操作。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械可以为起重机；所述障碍物距离为障碍物与起重机回转中心之间的距离。

障碍物距离获取模块220可以用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

在本发明的另一些实施例中，所述工程机械为起重机；所述障碍物距离为障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

障碍物距离获取模块220可以用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离；获取起重机当前工况信息；根据起重机当前工况信息、障碍物与起重机回转中心之间的距离获取障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

本发明上述实施例通过安装测距传感器的方式对起重作业空间进行识别，并通过对障碍物距起重机伸缩臂头或者被吊物体之间的距离与安全距离的比较分析来判断当前危险等级。若当前距离小于安全距离时，控制系统发出安全控制指令，同时，显示器进行提示及声光报警。

本发明上述实施例避免了起重作业空间由于视觉所不及造成的碰撞危险的发生。由于本发明上述实施例探测设备随机附带，可跟随起重机动态快速识别周围环境，从而保证任意起重作业空间内快速危险源的识别。本发明上述实施例有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命，降低了事故发生频率，确保了起重作业安全性。

图9为本发明作业空间防碰撞方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明作业空间防碰撞系统执行。该方法包括以下步骤：

步骤91，探测设备100向工程机械作业空间发送探测信号。

步骤92，探测设备100接收探测信号从障碍物返回的回波信号。

步骤93，控制设备200对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离。

步骤94，控制设备200判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离。

步骤95，在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备200控制报警设备300发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间防碰撞方法还可以包括：在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备200控制执行设备执行相应操作。

基于本发明上述实施例提供的作业空间防碰撞方法，通过在起重机等工程机械上增加测距传感器，可以动态扫描周围环境，自动识别可能发生碰撞危险的状态，从而有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命。

图10为本发明作业空间防碰撞方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明作业空间防碰撞系统执行。该方法包括以下步骤：

步骤11，探测设备100向工程机械作业空间发送探测信号。

在本发明的一些实施例中，探测设备100包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置。

在本发明的一些实施例中，步骤11可以包括：探测设备100的每个测距传感器均向工程机械作业空间发送探测信号。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械可以为起重机。

步骤12，探测设备100接收探测信号从障碍物返回的回波信号。

步骤13，控制设备200对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离。

在本发明的一些实施例中，所述障碍物距离可以为障碍物与起重机回转中心之间的距离、或障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

在本发明的一些实施例中，所述起重机边缘部件可以包括起重机伸缩臂和被吊物体中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，步骤13可以包括：

步骤131，探测设备100对每个测距传感器的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离。

步骤132，控制设备200对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离。

在所述障碍物距离为障碍物与起重机回转中心之间的距离的情况下，步骤132可以包括：

步骤1321，探测设备100或控制设备200对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息。

步骤1322，控制设备200根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

在障碍物距离为障碍物与起重机边缘部件之间的距离的情况下，步骤132可以包括：

步骤132a，探测设备100或控制设备200对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息。

步骤132b，控制设备200根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

步骤132c，控制设备200获取起重机当前工况信息(例如起重机变幅角度、回转角度、吊钩长度、伸缩长度等工况信息)。

步骤132d，控制设备200根据起重机当前工况信息、障碍物与起重机回转中心之间的距离，获取障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

步骤14，控制设备200判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离。在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，执行步骤15；否则，在所述障碍物距离不小于预定安全距离的情况下，执行步骤17。

步骤15，控制设备200向报警设备300和执行设备发出控制指令。

步骤16，报警设备300根据控制设备200的控制指令，发出报警信号；执行设备根据控制设备200的控制指令，执行相应操作。

步骤17，工程机械进行正常作业。例如：起重机进行正常吊装。

在本发明的一些实施例中，起重作业空间防碰撞方法可以包括：在起重作业开始后，首先，随机附带的多个探测设备向周围环境发射电磁波信号，该电磁波信号探测到障碍物后返回至探测装置，经接收模块解析后进行计算，并得出距离信息。然后，通过铺设在起重机上的CAN总线网络将距离信息传输至控制设备，控制设备将该距离与起重作业安全距离相比较，若小于安全距离，则发出控制指令，人机交互装置(本专利中为显示器)进行声光报警。反之，则正常进行吊装作业。

本发明上述实施例的起重机吊装作业中，随动作的执行，起重机实时进行动态防碰撞运算。该防碰撞算法需包含起重机伸缩臂头与外界环境防碰撞处理，以及吊装作业过程中被吊装物体与外界环境防碰撞处理。同时，在防碰撞预测中提供报警信息，并及时阻止危险方向动作的执行。

本发明上述实施例选取空间电磁测距传感器作为探测装置，充分利用电磁波在空间传播的原理，通过信号转换、解析计算等得出障碍物距起重机伸缩臂头或者被吊物体的距离，从而保证了可以提前预测危险状况。

本发明上述实施例考虑到车载控制器有限的存储能力和运算空间，设计了合理的起重机作业空间防碰撞信号解析和比较算法，从而保证了起重作业高效性和安全性。

本发明上述实施例避免了起重作业空间由于视觉所不及造成的碰撞危险的发生。由于本发明上述实施例探测设备随机附带，可跟随起重机动态快速识别周围环境，从而保证任意起重作业空间内快速危险源的识别。本发明上述实施例有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命，降低了事故发生频率，确保了起重作业安全性。

在上面所描述的控制设备200、距离计算模块130和坐标信息获取模块140可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制设备200(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (18)

1.一种作业空间防碰撞方法，其特征在于，包括：

探测设备向工程机械作业空间发送探测信号；

探测设备接收探测信号从障碍物返回的回波信号；

控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；

控制设备判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；

在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制报警设备发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的作业空间防碰撞方法，其特征在于，还包括：

在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制执行设备执行相应操作。

3.根据权利要求1或2所述的作业空间防碰撞方法，其特征在于，探测设备包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置；

所述探测设备向工程机械作业空间发送探测信号包括：

每个测距传感器均向工程机械作业空间发送探测信号；

所述控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离包括：

探测设备对每个测距传感器的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离；

控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离。

4.根据权利要求3所述的作业空间防碰撞方法，其特征在于，所述工程机械为起重机。

5.根据权利要求4所述的作业空间防碰撞方法，其特征在于，所述障碍物距离为障碍物与起重机回转中心之间的距离；

所述控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离包括：

探测设备或控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；

控制设备根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

6.根据权利要求4所述的作业空间防碰撞方法，其特征在于，所述障碍物距离为障碍物与起重机边缘部件之间的距离；

控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离包括：

探测设备或控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；

控制设备根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离；

控制设备获取起重机当前工况信息；

控制设备根据起重机当前工况信息、障碍物与起重机回转中心之间的距离获取障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

7.根据权利要求6所述的作业空间防碰撞方法，其特征在于，所述起重机边缘部件包括起重机伸缩臂和被吊物体中的至少一项。

8.一种控制设备，其特征在于，包括：

障碍物距离获取模块，用于对探测设备发送的回波信号进行解析，获取障碍物距离，其中，探测设备向工程机械作业空间发送探测信号，并接收探测信号从障碍物返回的回波信号；

距离比较模块，用于控制设备判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；

报警控制模块，用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制报警设备发出报警信号。

9.根据权利要求8所述的控制设备，其特征在于，还包括：

执行设备控制模块，用于在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制设备控制执行设备执行相应操作。

10.根据权利要求8或9所述的控制设备，其特征在于，

障碍物距离获取模块，用于根据对探测设备的每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个距离测器的距离进行解析，获取障碍物距离，其中，探测设备包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置，探测设备对每个测距传感器检测的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离。

11.根据权利要求10所述的控制设备，其特征在于，所述工程机械为起重机；所述障碍物距离为障碍物与起重机回转中心之间的距离；

障碍物距离获取模块，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离。

12.根据权利要求10所述的控制设备，其特征在于，所述工程机械为起重机；所述障碍物距离为障碍物与起重机边缘部件之间的距离；

障碍物距离获取模块，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息；根据障碍物的坐标信息，获取障碍物与起重机回转中心之间的距离；获取起重机当前工况信息；根据起重机当前工况信息、障碍物与起重机回转中心之间的距离获取障碍物与起重机边缘部件之间的距离。

13.一种探测设备，其特征在于，包括：

发射模块，用于向工程机械作业空间发送探测信号；

接收模块，用于接收探测信号从障碍物返回的回波信号，以便控制设备对所述回波信号进行解析，获取障碍物距离；判断所述障碍物距离是否小于预定安全距离；并在所述障碍物距离小于预定安全距离的情况下，控制报警设备发出报警信号。

14.根据权利要求13所述的探测设备，其特征在于，探测设备包括至少两个测距传感器，所述测距传感器设置在工程机械的不同位置；

每个测距传感器均包括发射模块和接收模块；

所述探测设备还包括：

距离计算模块，用于对每个测距传感器的回波信号进行分析，获取障碍物与每个测距传感器的距离，以便控制设备对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物距离。

15.根据权利要求14所述的探测设备，其特征在于，探测设备包括两个测距传感器，其中，一个测距传感器设置在起重伸缩臂侧面，另一个测距传感器设置在起重伸缩臂底面。

16.根据权利要求14或15所述的探测设备，其特征在于，还包括：

坐标信息获取模块，用于对每个测距传感器的位置信息、所述障碍物与每个测距传感器的距离进行解析，获取障碍物的坐标信息，以便控制设备根据障碍物的坐标信息，获取障碍物距离。

17.一种作业空间防碰撞系统，其特征在于，包括如权利要求8-12中任一项所述的控制设备、以及如权利要求13-16中任一项所述的探测设备。

18.根据权利要求17所述的作业空间防碰撞系统，其特征在于，还包括报警设备或执行设备中的至少一项。